Главная / Люстры

Равна произведению гравитационной постоянной. Гравитационная постоянная теряет вес. К закону о всемирном тяготении

Гравитационная постоянная, постоянная Ньютона - фундаментальная физическая постоянная, константа гравитационного взаимодействия.

Гравитационная постоянная в нынешнем виде впервые была введена в закон всемирного тяготения, по-видимому, только после перехода к единой метрической системе мер. Возможно, впервые это было сделано французским физиком Пуассоном в «Трактате по механике» (1809). По крайней мере никаких более ранних работ, в которых фигурировала бы гравитационная постоянная, историками не выявлено.

В 1798 году Генри Кавендиш поставил эксперимент с целью определения средней плотности Земли с помощью крутильных весов, изобретённых Джоном Митчеллом (Philosophical Transactions 1798). Кавендиш сравнивал маятниковые колебания пробного тела под действием тяготения шаров известной массы и под действием тяготения Земли. Численное значение гравитационной постоянной было вычислено позже на основе значения средней плотности Земли. Точность измеренного значения G со времён Кавендиша увеличилась, но и его результат был уже достаточно близок к современному.

В 2000 г. было получено значение гравитационной постоянной

см 3 г -1 c -2 , с погрешностью 0,0014%.

Последнее значение гравитационной постоянной было получено группой ученых в 2013, работавших под эгидой Международного Бюро Мер и Весов, и оно составляет

см 3 г -1 c -2 .

В будущем, если опытным путём будет установлено более точное значение гравитационной постоянной, то оно может быть пересмотрено.

Значение этой постоянной известно гораздо менее точно, чем у всех других фундаментальных физических постоянных, и результаты экспериментов по его уточнению продолжают различаться. В то же время известно, что проблемы не связаны с изменением самой постоянной от места к месту и во времени, но вызваны экспериментальными трудностями измерения малых сил с учётом большого числа внешних факторов.

По астрономическим данным постоянная G практически не изменялась за последние сотни миллионов лет, ее относительное изменение не превышает 10 ?11 - 10 ?12 в год.

Согласно Ньютоновскому закону всемирного тяготения, сила гравитационного притяжения F между двумя материальными точками с массами m 1 и m 2 , находящимися на расстоянии r , равна:

Коэффициент пропорциональности G в этом уравнении называется гравитационной постоянной. Численно она равна модулю силы тяготения, действующей на точечное тело единичной массы со стороны другого такого же тела, находящегося от него на единичном расстоянии.

В единицах Международной системы единиц (СИ) рекомендованное Комитетом данных для науки и техники (CODATA) на 2008 год значение было

G = 6,67428 (67)·10 ?11 м 3 ·с?2 ·кг?1

в 2010 году значение было исправлено на:

G = 6,67384 (80)·10 ?11 м 3 ·с?2 ·кг?1 , или Н·мІ·кг?2 .

В октябре 2010 в журнале Physical Review Letters появилась статья, предлагающая уточнённое значение 6,67234 (14), что на три стандартных отклонения меньше величины G , рекомендованной в 2008 г. комитетом данных для науки и техники (CODATA), но соответствует более раннему значению CODATA, представленному в 1986 г.

Пересмотр величины G , произошедший в период с 1986 г. по 2008 г., был вызван исследованиями неупругости нитей подвесок в крутильных весах.

Гравитационная постоянная является основой для перевода других физических и астрономических величин, таких, например, как массы планет во Вселенной, включая Землю, а также других космических тел, в традиционные единицы измерения, например, килограммы. При этом из-за слабости гравитационного взаимодействия и результирующей малой точности измерений гравитационной постоянной отношения масс космических тел обычно известны намного точнее, чем индивидуальные массы в килограммах.

История измерения

Гравитационная постоянная фигурирует в современной записи закона всемирного тяготения , однако отсутствовала в явном виде у Ньютона и в работах других ученых вплоть до начала XIX века. Гравитационная постоянная в нынешнем виде впервые была введена в закон всемирного тяготения, по-видимому, только после перехода к единой метрической системе мер. Возможно впервые это было сделано французским физиком Пуассоном в «Трактате по механике» (1809), по крайней мере никаких более ранних работ, в которых фигурировала бы гравитационная постоянная, историками не выявлено. В 1798 году Генри Кавендиш поставил эксперимент с целью определения средней плотности Земли с помощью крутильных весов , изобретённых Джоном Мичеллом (Philosophical Transactions 1798). Кавендиш сравнивал маятниковые колебания пробного тела под действием тяготения шаров известной массы и под действием тяготения Земли. Численное значение гравитационной постоянной было вычислено позже на основе значения средней плотности Земли. Точность измеренного значения G со времён Кавендиша увеличилась, но и его результат был уже достаточно близок к современному.

См. также

Примечания

Ссылки

Гравитационная постоянная - статья из Большой советской энциклопедии

Wikimedia Foundation . 2010 .

Дарвин (космический проект)
Коэффициент размножения на быстрых нейтронах

Смотреть что такое "Гравитационная постоянная" в других словарях:

ГРАВИТАЦИОННАЯ ПОСТОЯННАЯ - (тяготения постоянная) (γ, G) универсальная физ. постоянная, входящая в формулу (см.) … Большая политехническая энциклопедия

ГРАВИТАЦИОННАЯ ПОСТОЯННАЯ - (обозначается G) коэффициент пропорциональности в законе тяготения Ньютона (см. Всемирного тяготения закон), G = (6,67259.0,00085).10 11 Н.м²/кг² … Большой Энциклопедический словарь

ГРАВИТАЦИОННАЯ ПОСТОЯННАЯ - (обозначение G), коэффициент закона ГРАВИТАЦИИ Ньютона. Равен 6,67259.10 11 Н.м2.кг 2 … Научно-технический энциклопедический словарь

ГРАВИТАЦИОННАЯ ПОСТОЯННАЯ - фундаментальная физ. константа G, входящая в закон тяготения Ньютона F=GmM/r2, где m и М массы притягивающихся тел (матер. точек), r расстояние между ними, F сила притяжения, G= 6,6720(41)X10 11 Н м2 кг 2(на 1980). Наиболее точно значение Г. п.… … Физическая энциклопедия

гравитационная постоянная - — Тематики нефтегазовая промышленность EN gravitational constant … Справочник технического переводчика

гравитационная постоянная - gravitacijos konstanta statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. gravitation constant; gravity constant vok. Gravitationskonstante, f rus. гравитационная постоянная, f; постоянная всемирного тяготения, f pranc. constante de la gravitation, f … Fizikos terminų žodynas

гравитационная постоянная - (обозначается G), коэффициент пропорциональности в законе тяготения Ньютона (см. Всемирного тяготения закон), G = (6,67259 + 0,00085)·10 11 Н·м2/кг2. * * * ГРАВИТАЦИОННАЯ ПОСТОЯННАЯ ГРАВИТАЦИОННАЯ ПОСТОЯННАЯ (обозначается G), коэффициент… … Энциклопедический словарь

ГРАВИТАЦИОННАЯ ПОСТОЯННАЯ - тяготения постоянная, универс. физ. постоянная G, входящая в ф лу, выражающую ньютоновский закон тяготения: G = (6,672 59 ± 0,000 85)*10 11Н*м2/кг2 … Большой энциклопедический политехнический словарь

Гравитационная постоянная - коэффициент пропорциональности G в формуле, выражающей закон тяготения Ньютона F = G mM / r2 , где F сила притяжения, М и m массы притягивающихся тел, r расстояние между телами. Другие обозначения Г. п.: γ или f (реже k2). Числовое… … Большая советская энциклопедия

ГРАВИТАЦИОННАЯ ПОСТОЯННАЯ - (обозначается G), коэф. пропорциональности в законе тяготения Ньютона (см. Всемирного тяготения закон), G = (6,67259±0,00085) х 10 11 Н х м2/кг2 … Естествознание. Энциклопедический словарь

Книги

Вселенная и физика без "темной энергии" (открытия, идеи, гипотезы). В 2 томах. Том 1 , О. Г. Смирнов. Книги посвящены проблемам физики и астрономии, существующим в науке десятки и сотни лет от Г. Галилея, И. Ньютона, А. Эйнштейна до наших дней. Мельчайшие частицы материи и планеты, звезды и…

G = 6,67430(15)·10 −11 м 3 ·с −2 ·кг −1 , или Н·м²·кг −2 .

Гравитационная постоянная является одной из основных единиц измерения в планковской системе единиц .

Энциклопедичный YouTube

1 / 5

✪ УЧЁНЫЕ НАС ДУРЯТ С РОЖДЕНИЯ. 7 КРАМОЛЬНЫХ ФАКТОВ О ГРАВИТАЦИИ. РАЗОБЛАЧЕНИЕ ЛЖИ НЬЮТОНА И ФИЗИКОВ

✪ Опыт Кавендиша (1985)

✪ Урок 63. Перегрузка. Вес тела на полюсе и на экваторе

✪ Опыт Кавендиша

✪ Урок 52. Масса и ее измерение. Сила. Второй закон Ньютона. Равнодействующая.

Субтитры

7 крамольных фактов о гравитации все мы проходили закон всемирного тяготения в школе но что мы на самом деле знаем о гравитации помимо информации вложенный в наши головы школьными учителями давайте обновим наши познания 1 закон всемирного тяготения всем известна знаменитая притча о яблоке которая упала на голову ньютону ну дело в том что ньютон не открывал закона всемирного тяготения так как этот закон просто-напросто отсутствует его книги математические начала натуральной философии в этом труде нет ни формулы не формулировки в чем каждый желающий может убедиться сам более того первое упоминание о гравитационной постоянной появляется только в девятнадцатом веке соответственно формула не могла появиться раньше к слову сказать коэффициент g уменьшающий результат вычислений в 600 миллиардов раз не имеет никакого физического смысла и введен для сокрытия противоречий из всех известных фундаментальных констант именно численное значение гравитационной постоянной определена с наименьшей точностью хотя важность этой величины трудно переоценить все попытки прояснить точное значение этой константы не увенчались успехом а все измерения так и остались в слишком большом диапазоне возможных значений тот факт что точность численного значения гравитационной постоянной до сих пор не превышает 1 пятитысячной редактор журнала нынче определил как пятно позора на лице физики в начале 80-х годов фрэнк стейси со своими коллегами измерял эту константу в глубоких шахтах и скважинах австралии и полученные им значение оказалась примерно на один процент выше официального значения принятая в настоящее время второе лабораторное подтверждение считается что кавендиш 1 продемонстрировал гравитационное притяжение у лабораторных болвана чик использовав крутильные весы горизонтальные коромысло с грузиками на концах подвешенных на тонкой струне коромысло могло поворачиваться на тонкой проволоки согласно официальной версии кавендиш приблизил грузиком храм sla пару болванок по сто пятьдесят восемь килограмм с противоположных сторон и коромысло повернулась на небольшой угол однако методика опыта было некорректной и результаты были сфальсифицированы что убедительно доказано физиком андреем альбертовичем гриша и вaм кавендиш долго переделывал и настраивал установку чтобы результаты подходили под высказанную ньютоном среднюю плотность земли методика самого опыта предусматривала движение болванок несколько раз а причиной поворота коромысло служили микро вибрации от движения болванок которые передавались на подвес это подтверждается тем что такая простейшая установка в учебных целях должна была бы стоять если не в каждой школе то хотя бы на физических факультетах вузов чтобы на практике показывать студентам результат действия закона всемирного тяготения однако установка кавендиша не используется в учебных программах и школьники и студенты верят на слово что 2 болванки притягивают друг друга третье странности луны если подставить в формулу закона всемирного тяготения справочные данные по земле луне и солнцу то в момент когда луна пролетает между землей и солнцем например в момент солнечного затмения сила притяжения между солнцем и луной более чем в два раза выше чем между землей и луной согласно формуле луна должна была будете с орбитой земли начать вращаться вокруг солнца луна помимо прочего не проявляет своих притягивающих свойств по отношению к земле пара земля луна движется не вокруг общего центра масс как это было бы по закону всемирного тяготения и эллипсоидная орбиты земли вопреки этому закону не становится зигзагообразный более того параметры орбиты самой луны не остаются постоянными орбита по научной терминологии эволюционирует причем делает это вопреки закону всемирного тяготения как же так скажете вы ведь даже школьники знают про океанские приливы на земле которые происходят из-за притяжения воды к солнцу и луне по теории тяготение луны формируют приливной эллипсоид в океане с 2 а приливными горбами которые из-за суточного вращения перемещаются по поверхности земли однако практика показывает абсурдность этих теорий ведь согласно ним приливной горб высотой 1 метр за шесть часов должен через пролив дрейка переместиться из тихого океанов атлантический поскольку вода несжимаема то масса воды подняло бы уровень на высоту около десяти метров чего не происходит на практике на практике приливные явления происходит автономно в областях 1000 2000 километров еще лапласа изумляла парадокс почему в морских портах франции полная вода наступает последовательно хотя по концепции приливного эллипсоида она должна наступать там одновременно четвертое измерение гравитации принцип измерений гравитации прост граббе митры измеряют вертикальные компоненты отклонения от веса показывает горизонтальные компоненты первая попытка проверки теории тяготения масс была предпринята англичанами в середине 18 века на берегу индийского океана где с одной стороны находится высочайшая в мире каменная гряда гималаев а с другой чаша океана заполненная куда менее массивной водой но увы ответ в сторону гималаев не отклоняется более того сверхчувствительные приборы граве митры не обнаруживают разницы в тяжести пробного тела на одинаковой высоте как над массивными горами так и над менее плотными морями километровой глубины чтобы спасти прижившийся теорию ученые придумали для нее подпорку якобы причиной тому и за 100 зия под морями располагаются более плотные породы а под горами рыхлые причем плотность их точь-в-точь такая чтобы подогнать все под нужное значение также опытным путем было установлено что граве митры в глубоких шахтах показывают что сила тяжести не уменьшается с глубиной она продолжает расти будучи зависимый только от квадрата расстояния до центра земли существуют природные аномалии гравитации которые также не находят никакого внятного объяснения у официальной науки вот несколько таких примеров реально наверх едет вот это вот наша парковка вот это вот снегири не сибири от этого да вот вот такая штука и вот туда уходит у нас это самое и бежит и нас такая речка она течет останавливали вот и спрашивали скажи пожалуйста как вот вы думаете здесь есть уклон вот этот или нам кажется или или какой-то оптический обман речка речка она течет наше время магия вверх скоплением машину обучены этой горной дороге дело обычно туристы из армении иностранцы непременно останавливаются чтобы своими глазами увидеть чудо дорога поднимается в пригорок под углом примерно в 10 градусов однако каждого водителя ощущает что привычная сила тяжести в этом случае не затрудняет движение убедиться в том что это аномальная зона поможет простой опыт машины вместо того чтобы скатываться вниз без моего вмешательства поднимается в гору на некоторых участках машина даже набирает скорость и пешком подниматься по склону явно легче говорят туристы окончательно разрушает привычное представление законов природы река которая здесь течет вверх 5 отсутствие у малых космических тел гравитации независимости га тени и от вещества подтверждается тем что за редчайшим исключением у малых тел солнечной системы гравитационная притягивающая способность отсутствует полностью за исключением луны и титана у более чем 6 десятков спутников планет признаков собственного тяготения не наблюдается это доказано как косвенными так и прямыми измерениями например с 2004 года зонд кассини в окрестностях сатурна время от времени пролетает рядом с его спутниками однако изменение скорости зонда не зафиксировано с помощью того же к синей был обнаружен гейзер на энцеладе шестом по размеру спутнике сатурна какие физические процессы должны происходить на космическом куски льда чтобы струи пара улетали в космос по той же причине у титана крупнейшего спутника сатурна наблюдается газовый хвост как следствия стока атмосферы не найдено предсказано к теории спутников у астероидов несмотря на их огромное количество а во всех сообщениях о двойных или парных астероидах которые якобы вращаются вокруг общего центра масс свидетельств об обращении этих пар не было компаньоны случайно оказывались рядом двигаясь по квази синхронным орбитам вокруг солнца предпринятые попытки вывести на орбиту астероидов искусственные спутники окончились крахом в качестве примеров можно привести зон мир который подгоняли к астероиду rs американцы или зонт hayabusa которые японцы отправили к астероиду и такого шестое альтернативные исследования существует большое количество альтернативных исследований с впечатляющими результатами в области гравитации которые в корне опровергают теоретические выкладки официальной науке мало кто знает что виктор степанович гребенников сибирский энтомолог занимавшийся изучением эффекта полостных структур у насекомых в книге мой мир описывал явление антигравитации у насекомых ученым давно известно что массивные насекомые например майский жук летают скорее вопреки законам гравитации они благодаря им более того на основе своих исследований гребенников создал антигравитационную платформу виктор степанович умер при довольно странных обстоятельствах и его наработки частично были утеряны однако некоторая часть прототипа антигравитационной платформы сохранилась ее можно увидеть в музее гребенникова в новосибирске еще одно практическое применение антигравитации можно наблюдать в городе хомстед во флориде где находится странная структура из коралловых монолитных глыб которую в народе прозвали коралловым замком он построен выходцам из латвии эдвардом лиц коленом в первой половине двадцатого века у этого мужчины худощавого телосложения не было никаких инструментов не было даже машины и вообще никакой техники он совсем не пользовался электричеством также по причине его отсутствия и тем не менее каким-то образом спускался к океану где вычесывала многотонные каменные блоки и как-то доставлял их на свой участок выкладывая с идеальной точностью после смерти и до ученые принялись тщательно изучать его творение ради эксперимента был пригнан мощнейший бульдозер и предпринята попытка сдвинуть с места одну из 30 тонн их глыб кораллового замка бульдозер ревел буксовал но так и не сдвинул огромный камень внутри замка был найден странный прибор который ученые назвали генератором постоянного тока это была массивная конструкция с множеством металлических деталей по внешней стороне устройства были встроены 240 постоянных полосовых магнит но как на самом деле эдвард let"s колин заставлял двигаться многотонные блоки до сих пор остается загадкой некоторые исследователи анализируют вибрационную природу антигравитации этот эффект наглядно представлен современном опыте где капли за счет акустической левитации висят в воздухе здесь мы видим как с помощью звука определенные частоты удается уверенно удерживать капли жидкости в воздухе а вот эффект который на первый взгляд легко объясним принципам гироскопа однако даже такой простой опыт по большей части противоречат гравитации в ее современном понимании известны исследования джона серла в руках которого оживали вращались и вырабатывали энергию необычные генераторы диски диаметром от полуметра до 10 метров поднимались в воздух и совершали управляемые полеты из лондона в корнуэлл и обратно эксперименты профессора повторили в россии и сша и тайване в россии например в девяносто девятом году было зарегистрировано заявка на патент устройство для выработки механической энергии владимир витальевич рощин и сергей михайлович годен по сути вас провели генератор на серу эффекте и провели ряд исследований с ним итогом стала констатация можно получить без затрат 7 киловатта электроэнергии а вращающийся генератор терял в весе до сорока процентов оборудование первой лаборатории серла было вывезено в неизвестном направлении пока сам он был в тюрьме установка водяные рощина просто пропала все публикации они за исключением заявки на изобретение исчезли 7 гравитация и теория относительности по современным представлением скорость света конечно в результате удаленные объекты мы видим не там где они расположены в данный момент а в той точке откуда стартовал увиденные нами луч света но с какой скоростью распространяется тяготение проанализировав данные накопленные еще к тому времени лапласу установил что гравитация распространяется быстрее света как минимум на 7 порядков современные измерения по приему импульсов пульсаров отодвинули скорость распространения гравитации еще дальше как минимум на десять порядков быстрее скорости света таким образом экспериментальные исследования входят в противоречие с общей теорией относительности на которую до сих пор опирается официальная наука несмотря на ее полную несостоятельность на самом деле ортодоксальная наука расписалась в собственном бессилии когда ввела в научный оборот так называемую темную материю тогда было обнаружено что спиральные галактики вращаются как единое целое что противоречит закону кеплера вопреки закону всемирного тяготения звезды на периферии вращаются слишком быстро и должны были разлететься под действием центробежных сил при этом всевозможные поиски частиц тёмной материи с помощью самых чувствительных приборов ни к чему не привели а ведь еще в начале прошлого века в ученым было известно что пространство вокруг нас не является пустым она все полностью заполнено множеством различных материй или первоматерии в терминологии концепции неоднородной вселенной в то время эти первоматерии называли эфиром и были получены убедительные доказательства его существования например известные опыты daytona миллера описанные в статье теория вселенной и объективная реальность однако в определенный момент мировая научная мысль была намеренно введена в ложную сторону и именно поэтому до сих пор нет внятного научного объяснения природы гравитации в ближайшее время на нашем канале выйдет подробный материал на эту тему поэтому рекомендуем настроить уведомления чтобы не пропустить актуальные видео

История измерения

G = 6,67554(16) × 10 −11 м 3 ·с −2 ·кг −1 (стандартная относительная погрешность 25 ppm (или 0,0025 %), первоначальное опубликованное значение несколько отличалось от окончательного из-за ошибки в расчётах и было позже исправлено авторами) .

Квантово-релятивистская формулировка гравитационной постоянной

В 1922 году чикагский физик Артур Лунн (Arthur C. Lunn ) рассмотрел возможную связь гравитационной постоянной с постоянной тонкой структуры посредством соотношения G m e 2 e 2 = α 17 2048 π 6 , {\displaystyle {\frac {G{m_{e}}^{2}}{e^{2}}}={\frac {\alpha ^{17}}{2048\pi ^{6}}},} где - масса электрона, e {\displaystyle e} - заряд электрона. Учитывая современный подход к определению интенсивностей взаимодействий, эта формула должна быть записана в следующем виде:

G = 3 α 18 ℏ c m p a 2 , {\displaystyle G={\sqrt {3}}\alpha ^{18}{\frac {\hbar c}{m_{pa}^{2}}},}

где ℏ = h / 2 π {\displaystyle \hbar =h/2\pi } - постоянная Дирака (или приведённая постоянная Планка), c {\displaystyle c} - скорость света в вакууме, - космологическая константа - присоединённая масса протона. Для получения точного значения G {\displaystyle G} полагаем m p a = 1.68082 ∗ 10 − 27 {\displaystyle m_{pa}=1.68082*10^{-27}} , т.е. значение m p a {\displaystyle m_{pa}} всего на 9 электронных масс превышает массу протона .

Таким образом, вместо G {\displaystyle G} вводится физически осмысленная космологическая константа m p a {\displaystyle m_{pa}} . Простейшая интерпретация такова: присоединённая масса протона m p a {\displaystyle m_{pa}} равна массе протона m p {\displaystyle m_{p}} и массе электрона m e {\displaystyle m_{e}} (т.е. массе атома водорода), причём их суммарная кинетическая энергия равна 4 Mev (масса восьми электронов). В такой формулировке закон Ньютона говорит нам, что в первом приближении Вселенная в основном состоит из горячего водорода. Во-втором приближении следует учесть, что на один нуклон приходится не менее 20 миллиардов фотонов.

См. также

Примечания

В общей теории относительности обозначения, использующие букву G , применяются редко, поскольку там эта буква обычно используется для обозначения тензора Эйнштейна.
По определению массы, входящие в это уравнение, - гравитационные массы , однако расхождения между величиной гравитационной и инертной массы какого-либо тела до сих пор не обнаружено экспериментально. Теоретически в рамках современных представлений они вряд ли отличаются. Это в целом было стандартным предположением и со времен Ньютона.
Новые измерения гравитационной постоянной еще сильнее запутывают ситуацию // Элементы.ру , 13.09.2013
CODATA Internationally recommended values of the Fundamental Physical Constants (англ.) . Дата обращения 20 мая 2019.
Разные авторы указывают разный результат, от 6,754⋅10 −11 м²/кг² до (6,60 ± 0,04)⋅10 −11 м³/(кг·с³) - см. Эксперимент Кавендиша#Вычисленное значение .
Игорь Иванов. Новые измерения гравитационной постоянной ещё сильнее запутывают ситуацию (неопр.) (13 сентября 2013). Дата обращения 14 сентября 2013.
Так ли постоянна гравитационная постоянная? Архивная копия от 14 июля 2014 на Wayback Machine Новости науки на портале cnews.ru // публикация от 26.09.2002
Brooks, Michael Can Earth"s magnetic field sway gravity? (неопр.) . NewScientist (21 September 2002). [Архивная копия на Wayback Machine Архивировано] 8 февраля 2011 года.
Ерошенко Ю. Н.

Для объяснения наблюдаемой эволюции Вселенной в рамках существующих теорий, приходится допустить, что одни фундаментальные постоянные более постоянны, чем другие

В ряду фундаментальных физических констант - скорость света, постоянная Планка, заряд и масса электрона - гравитационная постоянная стоит как-то особняком. Даже история её измерения изложена в знаменитых энциклопедиях Britannica и Larousse , не говоря уж о «Физической энциклопедии» , с ошибками. Из соответствующих статей в них читатель узнает, что её численное значение впервые определил в прецизионных экспериментах 1797–1798 годов знаменитый английский физик и химик Генри Кавендиш (Henry Cavendish , 1731–1810), герцог Девонширский. В действительности Кавендиш измерял среднюю плотность Земли (его данные, кстати, всего лишь на полпроцента отличаются от результатов современных исследований). Располагая же информацией о плотности Земли, мы легко можем вычислить её массу, а зная массу, определить гравитационную постоянную.

Интрига состоит в том, что во времена Кавендиша понятия гравитационной постоянной ещё не существовало, и закон всемирного тяготения не принято было записывать в привычном для нас виде. Напомним, что сила тяготения пропорциональна произведению масс тяготеющих тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между этими телами, коэффициентом же пропорциональности как раз и является гравитационная постоянная. Такая форма записи ньютоновского закона появляется только в XIX столетии. А первые опыты, в которых измерялась именно гравитационная постоянная, были выполнены уже в конце столетия - в 1884 году.

Как отмечает российский историк науки Константин Томилин , гравитационная постоянная отличается от других фундаментальных постоянных ещё и тем, что с ней не связан естественный масштаб какой-либо физической величины. В то же время скорость света определяет предельное значение скорости, а постоянная Планка - минимальное изменение действия.

И только в отношении гравитационной постоянной была высказана гипотеза о том, что её численное значение, возможно, меняется со временем. Впервые эту идею сформулировал в 1933 году английский астрофизик Эдвард Милн (Edward Arthur Milne , 1896–1950), а в 1937 году знаменитый английский физик-теоретик Поль Дирак (Paul Dirac , 1902–1984), в рамках так называемой «гипотезы больших чисел», предположил, что гравитационная постоянная уменьшается с течением космологического времени. Гипотеза Дирака занимает важное место в истории теоретической физики ХХ века, однако никаких более или менее надежных экспериментальных подтверждений её не известно.

С гравитационной постоянной непосредственно связана так называемая «космологическая постоянная», впервые появившаяся в уравнениях общей теории относительности Альберта Эйнштейна . Обнаружив, что эти уравнения описывают либо расширяющуюся, либо сжимающуюся вселенную, Эйнштейн искусственно добавил в уравнения «космологический член», обеспечивавший существование стационарных решений. Его физический смысл сводился к существованию силы, компенсирующей силы всемирного тяготения и проявляющейся лишь на очень больших масштабах. Несостоятельность модели стационарной Вселенной стала для Эйнштейна очевидной после выхода в свет работ американского астронома Эдвина Хаббла (Edwin Powell Hubble , 1889–1953) и советского математика Александра Фридмана , доказавших справедливость иной модели, согласно которой Вселенная расширяется во времени . В 1931 году Эйнштейн отказался от космологической постоянной, назвав её в частной беседе «величайшей ошибкой своей жизни».

История, однако, на этом не закончилась. После того как было установлено, что последние пять миллиардов лет расширение Вселенной происходит с ускорением , вопрос о существовании антигравитации вновь стал актуальным; вместе с ним в космологию вернулась и космологическая постоянная. При этом современные космологи связывают антигравитацию с присутствием во Вселенной так называемой «темной энергии» .

И гравитационная постоянная, и космологическая постоянная, и «темная энергия» были предметом активных дискуссий на недавней конференции в Имперском Колледже Лондона (London Imperial College), посвященной нерешенным проблемам в стандартной модели космологии. Одна из наиболее радикальных гипотез была сформулирована в докладе Филиппа Мангейма (Philip Mannheim) - специалиста по физике элементарных частиц из университета Коннектикута в Шторсе (University of Connecticut in Storrs). Фактически Мангейм предложил лишить гравитационную постоянную статуса универсальной постоянной. Согласно его гипотезе, «табличное значение» гравитационной постоянной определено в лаборатории, находящейся на Земле, и им можно пользоваться только в пределах Солнечной системы . В космологических же масштабах гравитационная постоянная имеет другое, существенно меньшее численное значение, которое можно рассчитать методами физики элементарных частиц.

Представляя свою гипотезу коллегам, Мангейм прежде всего стремился приблизить решение весьма актуальной для космологии «проблемы космологической постоянной». Суть этой проблемы в следующем. По современным представлениям, космологическая постоянная характеризует скорость расширения Вселенной. Её численное значение, найденное теоретически методами квантовой теории поля, в 10 120 раз превышает полученное из наблюдений. Теоретическое значение космологической постоянной столь велико, что при соответствующей скорости расширения Вселенной звезды и галактики просто не успели бы сформироваться.

Свою гипотезу о существовании двух разных гравитационных постоянных - для солнечной системы и для межгалактических масштабов - Мангейм обосновывает следующим образом. По его словам, в наблюдениях на самом деле определяется не сама космологическая постоянная, а некоторая величина, пропорциональная произведению космологической постоянной на гравитационную постоянную. Предположим, что в межгалактических масштабах гравитационная постоянная очень мала, а значение космологической постоянной соответствует расчетному и очень велико. В этом случае произведение двух постоянных вполне может быть малой величиной, что не противоречит наблюдениям. «Возможно, пришло время отказаться считать космологическую постоянную малой величиной, - говорит Мангейм, - просто принять, что она велика, и исходить из этого». В этом случае «проблема космологической постоянной» оказывается решенной.

Предлагаемое Мангеймом решение выглядит простым, но цена, которую придется заплатить за него, очень велика. Как отмечает Зейя Мерали (Zeeya Merali) в статье «Two constants are better than one», опубликованной журналом New scientist 28 апреля 2007 года, вводя два разных численных значения гравитационной постоянной, Мангейм неизбежно должен отказаться от уравнений общей теории относительности Эйнштейна. Кроме того, гипотеза Мангейма делает излишним принятое большинством космологов представление о «темной энергии», поскольку малое значение гравитационной постоянной на космологических масштабах уже само по себе эквивалентно предположению о существовании антигравитации.

Кейт Хорн (Keith Horne) из британского университета св. Андрея (University of St Andrew) приветствует гипотезу Мангейма, поскольку в ней использованы фундаментальные принципы физики элементарных частиц: «Она очень элегантна, и было бы просто замечательно, если бы она оказалась правильной». По словам Хорн, в этом случае нам удалось бы объединить физику элементарных частиц и теорию гравитации в одну весьма привлекательную теорию.

Но с ней согласны далеко не все. New Scientist приводит и мнение космолога Тома Шэнкса (Tom Shanks), что некоторые явления, очень хорошо укладывающиеся в стандартную модель, - например, недавние измерения реликтового излучения , и движения двойных пульсаров, - вряд ли окажутся так же легко объяснимы в теории Мангейма.

Сам Мангейм не отрицает проблем, с которыми сталкивается его гипотеза, замечая при этом, что считает их намного менее значимыми в сравнении с трудностями стандартной космологической модели: «Её разрабатывают сотни космологов, и тем не менее она неудовлетворительна на 120 порядков».

Надо отметить, что Мангейм нашел некоторое количество сторонников, поддержавших его, дабы исключить худшее. К худшему они отнесли выдвинутую в 2006 году гипотезу Пола Штейнхарда (Paul Steinhardt) из Принстонского университета (Princeton University) и Нила Тьюрока (Neil Turok) из Кембриджа (Cambridge University), согласно которой Вселенная периодически рождается и исчезает, причем в каждом из циклов (длящемся триллион лет) происходит свой Большой Взрыв , и при этом в каждом цикле численное значение космологической постоянной оказывается меньше, нежели в предыдущем. Крайне незначительная величина космологической постоянной, зафиксированная в наблюдениях, означает тогда, что наша Вселенная - очень дальнее звено в очень длинной цепи рождающихся и исчезающих миров…

Когда Ньютон открыл закон всемирного тяготения, он не знал ни одного числового значения масс небесных тел, в том числе и Земли. Неизвестно ему было и значение постоянной G.

Между тем гравитационная постоянная G имеет для всех тел Вселенной одно и то же значение и является одной из фундаментальных физических констант. Каким же образом можно найти ее значение?

Из закона всемирного тяготения следует, что G = Fr 2 /(m 1 m 2). Значит, для того чтобы найти G, нужно измерить силу притяжения F между телами известных масс m 1 и m 2 и расстояние r между ними.

Первые измерения гравитационной постоянной были осуществлены в середине XVIII в. Оценить, правда весьма грубо, значение G в то время удалось в результате рассмотрения притяжения маятника к горе, масса которой была определена геологическими методами.

Точные измерения гравитационной постоянной впервые были проведены в 1798 г. замечательным ученым Генри Кавендишем - богатым английским лордом, прослывшим чудаковатым и нелюдимым человеком. С помощью так называемых крутильных весов (рис. 101) Кавендиш по углу закручивания нити А сумел измерить ничтожно малую силу притяжения между маленькими и большими металлическими шарами. Для этого ему пришлось использовать столь чувствительную аппаратуру, что даже слабые воздушные потоки могли исказить измерения. Поэтому, чтобы исключить посторонние влияния, Кавендиш разместил свою аппаратуру в ящике, который оставил в комнате, а сам проводил наблюдения за аппаратурой с помощью телескопа из другого помещения.

Опыты показали, что

G ≈ 6,67 · 10 –11 Н · м 2 /кг 2 .

Физический смысл гравитационной постоянной заключается в том, что она численно равна силе, с которой притягиваются две частицы с массой по 1 кг каждая, находящиеся на расстоянии 1 м друг от друга. Эта сила, таким образом, оказывается чрезвычайно малой - всего лишь 6,67 · 10 –11 Н. Хорошо это или плохо? Расчеты показывают, что если бы гравитационная постоянная в нашей Вселенной имела значение, скажем, в 100 раз большее, чем приведенное выше, то это привело бы к тому, что время существования звезд, в том числе Солнца, резко уменьшилось бы и разумная жизнь на Земле появиться бы не успела. Другими словами, нас бы с вами сейчас не было!

Малое значение G приводит к тому, что гравитационное взаимодействие между обычными телами, не говоря уже об атомах и молекулах, является очень слабым. Два человека массой по 60 кг на расстоянии 1 м друг от друга притягиваются с силой, равной всего лишь 0,24 мкН.

Однако по мере увеличения масс тел роль гравитационного взаимодействия возрастает. Так, например, сила взаимного притяжения Земли и Луны достигает 10 20 Н, а притяжение Земли Солнцем еще в 150 раз сильнее. Поэтому движение планет и звезд уже полностью определяется гравитационными силами.

В ходе своих опытов Кавендиш также впервые доказал, что не только планеты, но и обычные, окружающие нас в повседневной жизни тела притягиваются по тому же закону тяготения, который был открыт Ньютоном в результате анализа астрономических данных. Этот закон действительно является законом всемирного тяготения.

«Закон тяготения универсален. Он простирается на огромные расстояния. И Ньютон, которого интересовала Солнечная система, вполне мог бы предсказать, что получится из опыта Кавендиша, ибо весы Кавендиша, два притягивающихся шара, - это маленькая модель Солнечной системы. Если увеличить ее в десять миллионов миллионов раз, то мы получим Солнечную систему. Увеличим еще в десять миллионов миллионов раз - и вот вам галактики, которые притягиваются друг к другу по тому же самому закону. Вышивая свой узор, Природа пользуется лишь самыми длинными нитями, и всякий, даже самый маленький, образчик его может открыть нам глаза на строение целого» (Р. Фейнман).

1. В чем заключается физический смысл гравитационной постоянной? 2. Кем впервые были проделаны точные измерения этой постоянной? 3. К чему приводит малость значения гравитационной постоянной? 4. Почему, сидя рядом с товарищем за партой, вы не ощущаете притяжение к нему?